prototype pembangkit listrik tenaga mikro hidro

Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Menggunakan Turbin Tipe Crossflow

251

PROTOTYPE PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO MENGGUNAKAN TURBIN

TIPE CROSS-FLOW

Moh. Aprilianto Nafian

S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

[email protected]

Subuh Isnur Haryudo, Widi Aribowo, Mahendra Widyartono

S1 Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

[email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak

Pada artikel ilmiah ini bertujuan untuk mengetahui potensi sungai kuncir sebagai tempat pembangkit listrik

tenaga mikro hidro. Pembahasan dalam artikel ini meliputi perancangan Prototype Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro menggunakan turbin tipe crossflow di Sungai Kuncir serta melakukan pengujian dan

analisis dari Prototype yang telah dibuat. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode

penelitian experimen. Pengujian Prototype dilakukan di cabang Sungai Kuncir, dengan menggunakan pipa

PVC ¾ inc sebanyak 4 buah untuk mengalirkan air dari sungai ke Prototype dengan ketinggian 80 cm.

Menggunakan Pulley dengan diameter 30 cm untuk turbin dan diameter 5 cm untuk generator, serta

menggunakan v-belt dengan ukuran A44 sebagai penghubung. Generator yang digunakan memiliki

spesifikasi yaitu 1500 rpm, dengan tegangan 22,5 volt dan arus sebesar 4 ampere. Turbin yang digunakan

merupakan turbin jenis crossflow dengan jumlah bilah sebanyak 12 buah, dengan lebar sudu 8 cm dan

panjang sudu berukuran 19 cm. Dari pengujian Prototype didapatkan hasil yaitu putaran turbin sebesar 169

rpm dan putaran generator sebesar 1220 rpm. Tegangan yang dihasilkan dari generator sebesar 18,27 volt.

Arus pengisian baterai tanpa beban sebesar 0,83 ampere dan arus pengisian baterai dengan beban lampu DC

2x3 watt sebesar 1,12 ampere. Arus pengisian baterai dengan beban akan lebih besar dibandingkan arus

pengisian baterai tanpa beban, ini diakibatkan oleh adanya resistansi dan reaktansi pada belitan stator yang

akan mengakibatkan munculnya susut tegangan. Besarnya susut tegangan akan berbanding lurus dengan arus

yang mengalir, arus tersebut akan ditentukan daya bebannya. Semakin besar daya bebannya maka semakin

besar arus yang perlu disuplai ke beban tersebut.

Kata Kunci: Sungai Kuncir, Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro

Abstract

This scientific article aim to determine the potential of the kuncir river as a micro hydro power plant. The

discussion in this article includes to design a Prototype of Micro Hidro Power Plant used crossflow turbin

type in Kuncir river and to carry out testing and analysis of the prototype that have been made. The method

used in this research is experimental research method. Prototype testing was carried out at the Kuncir river

branch, using 4 pieces of PVC pipe 3 4⁄ inc to drain water from the river to a 80 cm high prototype. Using a

pulley with a diameter of 30 cm for a turbine and a diameter of 5 cm for a generator, and using a v-velt with

an A44 size as a connector. The generator used has a specification of 1000 rpm, with a voltage of 22.5 volts

and a current of 4 amperes. The turbine used is a crossflow type turbine with 12 blades, with a blade width

of 8 cm and a blade lengt of 19 cm. From the prototype test, the results obtained were that the turbine rotation

was 169 rpm and generator rotation was 1220 rpm. The voltage generated from the generator is 18.27 volts.

No-load battery charging current of 0.83 amperes and battery charging current with a 2x3 watt DC lamps

load of 1.12 amperes. The charging current of a battery with a load will be greater than the charging current

of a battery without a load, this is caused by the presence of resistance and reactance in the stator winding

wich will result in the appearance of voltages losses. The amount of voltage loss will be directly proportional

to the current flowing, the current will be determined by the load power. The greater the load power, the

greater current that needs to be supplied to the load.

Keywords: Kuncir River, Prototype of Micro Hydro Power Plant

PENDAHULUAN

Unit pembangkitan brantas merupakan unit

pembangkit listrik tenaga air yang dikelola oleh Perum

Jasa Tirta 1 yang berada di wilayah sungai brantas. Saat

ini di wilayah Sungai Brantas terdapat 9 (sembilan) PLTA

yang telah beroperasi dengan kapasitas terpasang sebesar

274,1 MW. Masih terdapat potensi pembangkitan listrik

tenaga air sebesar 313,29 MW pada 22 titik di wilayah

Sungai Brantas. Salah satu potensi pembangkit listrik

tersebut yaitu di sungai kuncir Kabupaten Nganjuk yang

Jurnal Teknik Elektro, Volume 10 Nomor 01 Tahun 2021, Halaman 251-260

berpotensi sebagai sumber energi listrik (Perum Jasa Tirta

1, 2015).

Berdasarkan data debit air yang diperoleh dari Dinas

Pengairan Kabupaten Nganjuk selama periode tahun

2013-2016, diketahui debit minimum yang terdapat di

Sungai Kuncir sebesar 0,37 𝑚3 yang terjadi di musim

kemarau (September-November) 2016 serta debit

maksimum sebesar 3,66 𝑚3 terdapat pada musim hujan

dengan intensitas hujan yang paling tinggi (Februari-

Maret) 2016.

Data dari Dinas Pengairan hanya sebagai referensi

bahwa keadaan sungai mengalirkan air dari tahun 2013-

2016, untuk data debit air pada selanjutnya yang

digunakan untuk pengujian adalah debit dari sungai kuncir

yang dialirkan melalui pipa PVC dengan debit sebesar

0,0054 𝑚3/𝑠.

Pada penelitian ini menggunakan turbin tipe crossflow

sebagai penggerak generator. Turbin crossflow merupakan

turbin aliran radial, yaitu daerah kerjanya pada tekanan

atmosfir sehingga lebih mudah dalam perakitannya karena

tidak membutuhkan seal-seal kedap udara. Turbin pada

penelitian ini dibuat menggunakan pipa PVC berukuran

2,5 dim yang di belah menjadi dua bagian dan dijadikan

bilah turbin, untuk bagian tengah menggunakan pipa PVC

sebesar 2 dim dan disambungkan ke bilah turbin

menggunakan baut.

Pada artikel ilmiah ini bertujuan untuk mengetahui

potensi sungai kuncir sebagai tempat pembangkit listrik

tenaga mikro hidro serta merancang Prototype

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro dan melakukan

pengujian dan analisis dari Prototype Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro yang telah dibuat.

KAJIAN PUSTAKA

Pembangkit Tenaga Listrik

Pembangkit tenaga listrik merupakan unit-unit yang

terdiri dari turbin dan generator untuk menghasilkan

energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan merupakan

energi primer yang diubah kedalam energi listrik melalui

turbin dan generator. Energi primer tersebut dapat

dibedakan menjadi dua yaitu energi listrik renewable

(energi terbarukan) dan energi listrik non renewable (tidak

terbarukan).

Energi terbarukan meliputi energi air, energi angin,

energi matahari, energi gelombang laut, energi panas bumi

dan biomassa, sedangkan energi tidak terbarukan meliputi

minyak bumi, batubara, gas alam dan energi nuklir. Dari

sumber energi tersebut dapat digunakan untuk

membangkitkan energi listrik. Macam macam pembangkit

listrik menurut sumber energinya dibedakan menjadi 2

yaitu:

1. Pembangkit Listrik Renewable (Terbarukan): yaitu

pembangkit listrik yang sumber energinya dapat

diperbarui/tidak akan habis. Contoh pembangkit listrik

renewable antara lain: Pembangkit Listrik Tenaga Air

(PLTA), Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu

(PLTB), Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS),

Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP),

Pembangkit Listrik Tenaga Gelombang Laut,

Pembangkit Listrik Tenaga Biomassa.

2. Pembangkit Listrik non renewable (Tidak

Terbarukan): yaitu pembangkit listrik yang sumber

energinya tidak dapat diperbarui, sumber energi

tersebut berasal dari energi fosil. Contoh pembangkit

Listrik Non Renewable antara lain: Pembangkit Listrik

Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Listrik tenaga Gas

(PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD),

serta Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

Tenaga Air

Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang

mengalir. Pada dasarnya, air di seluruh permukaan bumi

ini bergerak (mengalir) di alam sekitar kita. Kita

mngetahui bahwa iar memiliki siklus, dimana air

menguap, kemudian terkondensi menjadi awan. Air akan

jatuh sebagai air hujan setelah ia memiliki massa yang

cukup. Air yang jatuh di dataran tinggi akan terakumulasi

menjadi aliran sungai, aliran sungai ini menuju ke laut. Di

laut juga terdapat gerakan air yaitu gelombang pasang

ombak dan arus laut. Tenaga air banyak dimanfaatkan

untuk pembangkitan energi listrik. Pembangkitan tenaga

air adalah suatu bentuk perubahan tenaga dari tenaga air

dari ketinggian dan debit tertentu menjadi tenaga listrik,

dengan menggunakan turbin air dan generator (Munandar,

2004).

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

Mikrohidro dibangun berdasarkan kenyataan adanya

air yang mengalir di suatu daerah dengan kapasitas dan

ketinggian yang memadai. Istilah kapasitas mengacu pada

jumlah volume aliran air per satuan waktu (flow Capacity)

sedangkan beda ketinggian daerah aliran sampai ke

instalasi dikenal dengan istilah head. (Firmansyah, 2011)

Untuk menentukan daya yang bisa dibangkitkan dalam

pembangkit mikrohidro bisa menggunakan rumus berikut:

P=9,81×𝑄×𝐻×𝜂×𝜌 𝐴𝑖𝑟

1000 ( 1 )

Dimana:

P = Daya Terbangkit (kW)

9,81 = Konstanta Gravitasi (m/s)

Q = Debit Air (𝑚3/𝑠)

H = Ketinggian Head (m)

𝜂 = Efisiensi Sistem

𝜌 Air = Massa Jenis Air (1000 Kg/𝑚3)

Mikro hidro hanyalah sebuah istilah. Mikro berarti

kecil sedangkan hidro artinya air. Istilah ini bukan suatu

yang baku namun dapat dipastikan bahwa mikrohidro


253

menggunakan air sebagai sumber enetgi. Perbedaan istilah

mikro hidro dengan mini hidro adalah output daya yang

dihasilkan. (Firmansyah, 2011). Output daya yang

dihasilkan berdasarkan istilah penyebutan pembangkit

tersebut antara lain: Mini Hidro dengan kapasitas 100kW

sampai dengan 1 MW, Mikro Hidro dengan kapasitas

antara 1 sampai dengan 100 kW, dan Piko Hidro dengan

kapasitas dari beberapa watt sampai dengan 1 kW.

(Hunggul, 2015).

Untuk mengetahui besarnya debit air digunakan

persamaan di bawah:

A= 𝜋𝑟2 ( 2 )

Dimana:

A = Luas Penampang Pipa ( 𝑚2 )

𝜋 = 3,14

𝑟2 = jari-jari

Debit Air=Q=A.V ( 3 )

Dimana:

V = Kecepatan aliran air (ft/s)

Kecepatan air=V=C√(2𝑔ℎ) ( 4 )

Dimana:

C = Koefisiensi Air (0,98)

g = Gavitasi Bumi (9,81 m/s)

h = jarak lubang dari permukaan air (meter)

(David, 2018)

Prinsip Kerja PLTMH

Secara teknis memiliki 3 komponen utama yaitu air,

turbin, generator. Air yang mengalir dengan kapasitas

tertentu disalurkan dengan ketinggian tertentu menuju

rumah instalasi (rumah turbin). Di rumah instalasi air

tersebut akan menumbuk turbin dimana turbin sendiri

dipastikan akan menerima energi air tersebut dan

mengubahnya menjadi energi mekanik. Energi mekanik

digunakan untuk memutar generator dan akan

menghasilkan listrik (Aji, 2010).

Adapun Gambar PLTMH secara rinci sebagai berikut:

Gambar 2 Skema PLTMH

(Sumber: http://dreamindonesia.me/2019)

Keterangan:

a. Mercu Bendung: Bangunan yang berada melintang di

sungai yang berfungsi untuk membelokkan arah aliran

air.

b. Bangunan Pengambilan (Intake): Berfungsi

mengarahkan air dari sungai masuk ke dalam saluran

pembawa (Headrace).

c. Saluran Pembawa (Headrace): Berfungsi mengalirkan

atau membawa air dari Intake ke Forebay

d. Bak Penenang (Forebay): Bangunan yang mempunyai

potongan melintang lebih besar dari Headrace yang

berfungsi untuk memperlambat aliran air.

e. Saringan (Trash rack): terbuat dari plat besi yang

berfungsi untuk menyaring sampah-sampah atau

puing-puing agar tidak masuk ke dalam bangunan

selanjutnya.

f. Saluran Pembuangan (Spillway): Bangunan yang

memungkinkan agar kelebihan air di dalam Headrace

untuk melimpah kembali ke dalam sungai.

g. Pipa Pesat (Penstok): Pipa bertekanan yang membawa

air dari Forebay ke dalam Power House (Rumah

Pembangkit).

h. Power House (Rumah Pembangkit): Bangunan yang di

dalamnya terdapat turbin, generator dan peralatan

kontrol.

i. Tailrace: Saluran yang berfungsi mengalirkan air dari

turbin kembali ke sungai.

j. Jaringan Transmisi: Terdiri dari tiang, kabel dan

aksesoris lainnya (Termasuk Trafo jika diperlukan)

yang berfungsi untuk mengalirkan energi listrik dari

Rumah Pembangkit ke konsumen.

Prototype PLTMH

Prototype adalah sebuah alat yang mengekspresikan

suatu benda nyata maupun benda yang dalam proses

perencanaan. Prototype merupakan alat peraga yang mirip

produk yang akan dibangun. Secara jelas menggambarkan

bentuk dan penampilan produk baik dengan skala yang

diperbesar, 1:1, atau diperkecil untuk menunjukkan benda

yang tidak dapat secara langsung dibangun atau dicoba

(Iwan, 2017:7). Komponen atau alat yang digunakan

dalam merancang sebuah Prototype PLTMH meliputi:

1. Turbin Air

Seperti yang sudah dijelaskan pada bagian prinsip

kerja PLTMH, bahwa turbin air berperan untuk

mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan

energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk

putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah

oleh generator menjadi tenaga listrik.

Menghitung kecepatan turbin

N=[862

𝐷1]√𝐻 ( 5 )

Dimana:

𝐷1: Diameter turbin

H: Ketinggian pipa pesat

(David, 2018)


Turbin crossflow adalah radial, turbin bertekanan kecil

serta digolongkan menjadi turbin berkecepatan rendah.

Aliran air mengalir melalui pintu masuk pipa, dan diatur

oleh baling-baling pemacu, dan diatur oleh kipas turbin.

Setelah air melewati putaran kipas turbin, air berada pada

putaran kipas yang berlawanan sehingga memberikan

efisiensi tambahan.

Gambar 3 Turbin Crossflow

Dalam aplikasinya, turbin crossflow baik sekali

digunakan untuk pusat tenaga air yang kecil dengan daya

kurang lebih 750 kW. Tinggi air yang jatuh diatas 1 m

sampai 200 m dan kapasitas antara 0,02 𝑚3/𝑠 sampai 7

𝑚3/𝑠. (Dietzel, 1993)

Gambar 4 Runner turbin crossflow

Dua buah piringan sejajar disatukan pada lingkarnya

oleh sejumlah sudu membentuk konstruksi yang disebut

dengan runner.(Ridwan, 2014)

2. Generator DC

Generator adalah suatu mesin yang mengubah tenaga

mekanik menjadi tenaga listrik. Tenaga mekanik

digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar

dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar

magnet diantara kumparan kawat penghantar. Tenaga

mekanik dapat berasal dari tenaga panas, tenaga

potensial air, motor diesel, motor bensin dan bahkan

ada yang berasal dari motor listrik.

3. DC chopper tipe Buck (Buck converter)

DC Chopper tipe Buck merupakan salah satu jenis dari

DC Chopper, rangkaian elektronika daya ini dapat

mengubah tegangan nilai tertentu menjadi tegangan

DC yang lebih rendah. Untuk mendapatkan tegangan

yang lebih rendah daripada masukannya, DC Chopper

tipe Buck menggunakan komponen switching untuk

mengatur duty cyclenya. Komponen switching

tersebut dapat berupa thyristor, MOSFET (Metal Oxide

Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT, dll

(Ngabei, 2012).

Gambar 5 Rangkaian DC chopper tipe buck (buck

converter)

(Sumber : Ngabei, 2012)

4. Dioda

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif

yang terbuat dari bahan semikonduktor dan

mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke

satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah

sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering

dipergunakan sebagai penyearah dalam rangkaian

elektronika.

Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda

(terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki

prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-

n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi

tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi

tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

Gambar 6 Simbol Dioda

5. Baterai

Ada 2 macam baterai aki yang dapat digunakan di

pusat listrik yaitu:

a. Baterai asam timah menggunakan PbO2 sebagai

kutub positif dan sebagai kutub negatif adalah Pb.

b. Baterai basa cadmium menggunakan nikel

oksiHidrat (NiOH) sebagai kutub positif dan

cadmium (Cd) sebagai kutub negatif. Sedangkan

sebagai elektrolit digunakan larutan potas kostik

(KOH) ( Marsudi, 2005:31).

Rumus menghitung lama pengisian baterai (Td) :

Daya baterai : V x Ah ( 6 )

VA : Tegangan(V)xArus generator ( 7 )

Td : Daya Baterai / VA ( 8 )

Metode Penelitian

Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah

metode penelitian experimen. Dilakukan beberapa tahapan

yaitu mempelajari teori yang berhubungan tentang

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro beserta konsep

http://teknikelektronika.com/wp-content/uploads/2014/08/simbol-dioda.jpg?x22079


255

pengujiannya, membuat rekayasa desain yaitu langkah-

langkah pengerjaan alat mulai dari tahap awal sampai

tahap akhir.

Gambar 7 Diagram alir Perencanaan Prototype

Pembangki Listrik Tenaga Mikro Hidro.

(Sumber: Data Primer 2019)

Rekapitulasi Alat dan Komponen

Peralatan dan komponen yang digunakan dalam penelitian

di cantumkan dalam tabel 1 dan tabel 2 di bawah ini:

Tabel 1 Rekapitulasi Alat

No. Nama alat Spesifikasi

alat

Satuan Jumlah

1. Avometer Sunshine Buah 1

2. Tachometer DT

2234C+

Buah 1

3. Tespen Masko

100-500 V

Buah 1

4. Obeng (+) dan (-) Buah 2

5. Tang

kombinasi

HM Buah 1

6. Tang

potong

HM Buah 1

7. Gerinda Makita

450 watt

Buah 1

8. Bor Makita

450 watt

Buah 1

9. Gergaji besi 1 mm Buah 1

10. Tang cucut HM Buah 1

11. Cutter Kenko Buah 1

12 Ampelas

Kasar

Fliying

hels 100

Lembar 1

13. Kuas 1’’ buah 1

Tabel 2 komponen-komponen yang akan dipakai.

No Nama

Komponen

Spesifikasi Satuan Jumla

h

1. Generator 22,5 volt

DC

Buah 1

2. Baterai 12 volt DC Buah 1

3. Turbin air 169 rpm Buah 1

4. lampu DC 3 Watt Buah 2

5. Rangkaian

Buck

converter

LM2596

DC-DC

Buah 1

6. Bearing 19 mm Buah 2

7. Fuse ± 5 A Buah 1

8. Volt meter 30 V DC Buah 1

9. Ampere

meter

10 A DC Buah 1

10. As roda ± 30 cm Buah 1

11. Pulley 10 mm Buah 1

12. Pulley 19 mm Buah 1

13. Papan Box Tebal 1 cm

,P 2 x 2

meter

Lembar 1

14. Kabel

NYAF

0,75 mm2 Meter 15

15 Baut Kuningan buah 50

16. Pipa PVC 2,5 dim buah 1

17. Pipa PVC 3/4 Inch buah 5

18. Shock Pipa

PVC Drat

Luar

3/4 Inch buah 8

19. L Pipa PVC 3/4 Inch buah 4

Desain Rancangan Prototype Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro

1. Diagram line prototype Pembangkit Listrik Tenaga

Angin dapat dilihat pada Gambar 6.

Gagal

Berhasil

Survey, pengumpulan data dan informasi,

analisis debit air, model turbin, tipe generator

Rencana dan penerapan desain

alat dan komponen

Pengambilan dan menganalisis data

pengujian alat

Proses perakitan

Pengujian

Mulai

Selesai


Gambar 8 Diagram Line Prototype Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro

(Sumber: Data Primer. 2019)

2. Desain Perencanaan Prototype Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro.

Gambar 9 desain perencanaan Prototype pembangkit

listrik tenaga mikro hidro.


Alir mengalir dari sungai menuju pipa pesat, lalu dari

pipa pesat menuju ke turbin dan air keluar melalui

celah bawah turbin,

3. Desain Panel Kontrol Prototype Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro

Gambar 10 Desain Panel Kontrol Prototype

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro


4. Perencanaan Saluran air

Tabel 3 Data Rancangan Saluran Air

Parameter Nilai Satuan

Panjang 500 cm

Tinggi 80 cm

Jumlah Pipa Pesat 4 buah

Debit Air 0,007 𝑚3/𝑠

5. Spesifikasi Turbin Air

Tabel 4 Data Spesifikasi Bilah Turbin


Panjang 19 cm

Lebar Sudu 8 cm

Jumlah Sudu 12 buah

Turbin terbuat dari pipa PVC 2,5 dim yang dipotong

menjadi 2 bagian yang digunakan untuk sudu turbin.

6. Spesifikasi Generator

Tabel 5 Data Spesifikasi Generator


Tegangan 22,5 volt

Putaran 1500 rpm

Arus 4 ampere

7. Spesifikasi Baterai

Tabel 6 Data Spesifikasi Baterai


Tegangan 12 volt

Ampere 7,2 Ah

8. Perencanaan Transmisi

Menggunakan Pulley dengan diameter as 8 mm untuk

generator sedangkan Pulley dengan diameter as 19 mm

untuk turbin dengan menggunakan v-belt tipe A-42

dengan perbandingan pulley antara generator dan

turbin sebesar 1:6.

9. Perencanaan Kontrol Tegangan

Untuk mengantisipasi adanya tegangan bolak-balik

dari output tegangan yang dihasilkan generator maka

perlu digunakan suatu rangkaian yang dapat

menyearahkan/mengatur tegangan agar saat pengisian

baterai tegangan tetap.

10. Perencanaan Beban

Beban yang digunakan adalah 2 buah lampu yang

masing-masing memiliki daya sebesar 3 watt dengan

tegangan 12 volt.

Teknik Pengumpulan Data

Menggunakan metode observasi yaitu pengamatan dan

pencatatan langsung secara sistematik terhadap data yang

dibutuhkan untuk penelitian.

Generator 18,27 Volt, 1220 rpm

Turbin Air

169 rpm

R. Buck

converter

Batery / aki

Lampu DC 2 x 3 watt

Amper

Meter Volt

Meter


257

Prosedur Pengujian

Langkah-langkah pengujian dan pengambilan data

1. Mencatat debit air yang mengalir dari sungai yang

melalui pipa pvc ke turbin air.

2. Mencatat kecepatan putaran turbin dengan tachometer.

3. Mencatat kecepatan putaran generator dengan

tachometer.

4. Pengukuran tegangan generator.

5. Pengujian arus pengisian baterai

6. Pengujian Arus Pengisian Baterai dengan Beban DC.

Hasil Pengujian

Gambar 11 Prototype PLTMH

Menghitung luas penampang dengan menggunakan

persamaan 2 diperoleh hasil sebagai berikut:

1 inc = 0,000506 𝑚2

Kecepatan aliran air:

V = C√(2𝑔ℎ)

= 0,98. √2. (9,8 𝑚/𝑠).0,8 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟

= 0,98. 3,54

= 3,46 m/s

Menghitung debit aliran air dengan persamaan 3:

Q = A.V

= 0,000506 𝑚2 x 3,46 m/s

= 0,00175 𝑚3/𝑠

Q total = Q x 4 ( jumlah pipa pesat)

= 0,00175 x 4

= 0,007 𝑚3/𝑠

Debit diatas merupakan debit yang di dapat secara teori

perencanaan.

Debit air yang digunakan untuk menguji prototype

adalah debit yang telah dialirkan ke pipa pesat, dalam hal

ini menggunakan 4 buah pipa pvc dengan ukuran 3/4 inc

dan dialirkan menuju ke turbin dengan ketinggian 0,8

meter dari aliran air sungai. Pengukuran debit air

menggunakan sebuah wadah yang berukuran 5,4 liter,

dibutuhkan waktu 1 detik untuk mengisi wadah tersebut

dengan 4 buah pipa pesat 3/4 inc. Jadi dapat disimpulkan

debit air yang digunakan untuk pengujian prototype

pembangkit listrik mikro hidro adalah sebesar 5,4

liter/detik atau 0,0054 𝑚3/𝑠. Terdapat selisih antara debit

perencanaan dengan debit hasil pengujian. Untuk

menghitung nilai error menggunakan rumus berikut:

%error = 𝐷𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝐷𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘

𝐷𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑥100 ( 9 )

= 0,007−0,0054

0,007𝑥100

= 0,0016

0,007𝑥100

= 22,85 %

Untuk mengetahui daya terbangkit dapat menggunakan

persamaan 1:

Diasumsikan efisiensi sistem sebesar 80%

P = 9,81×𝑄×𝐻×𝜂×𝜌 𝐴𝑖𝑟

1000

P = 9,81×0,007×0,8×0,8×1000

1000

= 43,94

1000

= 0,043 kw

= 43 watt

Daya yang dihasilkan berdasarkan debit praktek sebagai

berikut:

P = 9,81×𝑄×𝐻×𝜂×𝜌 𝐴𝑖𝑟

1000

P = 9,81×0,0054×0,8×0,8×1000

1000

= 33,90

1000

= 0,033 kw

= 33 watt

Terdapat selisih antara daya perencanaan dengan daya

hasil pengujian. Untuk menghitung nilai error

menggunakan rumus berikut:

%error = 𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖−𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘

𝐷𝑎𝑦𝑎 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑥100 ( 10 )

= 43−33

43𝑥100

= 10

43𝑥100

= 23,25 %

Pengujian prototype pembangkit listrik tenaga mikro

hidro:

Tabel 7 Hasil Pengujian

No Parameter

yang Diujikan

Pengujian Pada

Ketinggian 0,8 meter

Satuan

1 Debit Air 0,0054 𝑚3/𝑠

2 Kecepatan

Putaran

Turbin

169 Rpm

3 Kecepatan

Putaran

Generator

1220 Rpm

4 Tegangan

Generator

18,27 V

5 Arus

Generator

1,12 A

6 Tegangan

Generator

13,4 V


Setelah Buck

Konverter

Pengujian dilakukan menggunakan beban 2 buah lampu

Led DC dengan daya masing-masing sebesar 3 watt,

menggunakan debit air sebesar 0,0054 𝑚3/𝑠 serta

ketinggian 0,8 meter. Sedangkan pengujian tanpa

menggunakan beban lampu didapatkan arus generator

sebesar 0,83 ampere.

1. Perhitungan lama waktu beban menyala

Tabel 8 Jumlah Beban

Beban Kapasit

as

Beban

Lama

Beban

dihidupka

n

Jumla

h

Beban

Konsums

i Daya

Lampu

Led DC

12 volt

3 Watt 12 Jam 2 Buah 72 Watt

Dari tabel 8 diatas maka dapat diketahui lampu

digunakan adalah lampu led 3 watt berjumlah 2 buah yang

akan dinyalakan selama 12 jam dengan total konsumsi

daya 72 watt. Maka dapat menggunakan perhitungan

sebagi berikut : 6 𝐴ℎ 𝑥 12 𝑉𝑜𝑙𝑡

6 𝑤𝑎𝑡𝑡 =

72 𝑤ℎ

6 𝑤𝑎𝑡𝑡 = 12 Jam

Dari perhitungan diatas maka dapat diketahui secara

perhitungan beban lampu led 2x3 watt dapat menyala

selama 12 jam.

Pengujian lama waktu pemakaian beban:

Setelah mengetahui perhitungan lama waktu beban

dapat digunakan maka langkah selanjutnya pengujian

lama beban selama 12 jam dengan kapasitas baterai 7,2 Ah

dan beban lampu led 3 watt dengan jumlah 2 buah yang

dapat dilihat pada tabel 9 sebagai berikut :

Tabel 9 Pengujian pemakaian beban

No Jam Tegangan Arus

1 06.30 12,0 0,34

2 07.30 11,7 0,33

3 08.30 11,6 0,33

4 09.30 11,4 0,32

5 10.30 11,2 0,32

6 11.30 10,7 0,32

7 12.30 10,6 0,32

8 13.30 10,5 0,32

9 14.30 9,9 0,27

10 15.30 9,5 0,26

11 16.30 9,1 0,13

12 17.30 8,6 0,09

13 18.30 8,0 0,05

Dari tabel 9 dapat dilihat lampu telah dihidupkan

selama 12 jam mulai dari pukul 06.30 WIB sampai pukul

18.30 WIB. Tegangan awal sebesar 12 volt dengan arus

sebesar 0,34 ampere, pada jam ke 4 sampai jam ke 8 arus

pada baterai tetap stabil yaitu sebesar 0,32 ampere dan

terjadi penurunan arus pada jam ke 9 dengan arus sebesar

0,27 ampere atau penurunan arus 0,05 ampere. Pada jam

jam berikutnya arus baterai mengalami penurunan secara

terus menerus dari 0,26 ampere ke 0,13 ampere atau

penurunan sebesar 0,13 ampere, dari 0,13 menurun

menjadi 0,09 dan menurun lagi menjadi 0,05 pada jam ke

12 atau mengalami penurunan sebesar 0,04 ampere.

Tegangan akhir pada baterai adalah sebesar 8,0 volt atau

66% dari kapasitas penuh baterai.

Pengisian Baterai:

Pengujian lama waktu pengisian baterai dilakukan

dengan keadaan baterai dari 66% yaitu kondisi setelah

dipakai selama 12 jam sampai 100%.

Terdapat 2 tahapan pengujian yaitu pengisian baterai

tanpa beban dan pengisian baterai dengan beban menyala.

Pada tabel berikut menjelaskan pengjian pengisian baterai.

Tabel 10 Pengujian pengisian baterai tanpa beban

No Tanggal Jam Tegang

an

Kapasi

tas

1 18 Maret 2019 09.30 8,0 66 %

2 18 Maret 2019 10.30 8,64 71 %

3 18 Maret 2019 11.30 9,29 76 %

4 18 Maret 2019 12.30 9,95 82 %

5 19 Maret 2019 08.30 10,59 87 %

6 19 Maret 2019 09.30 11,21 93 %

7 19 Maret 2019 10.30 11,84 98 %

8 19 Maret 2019 10.45 12,0 100 %

Pengujian dilakukan dengan arus pengisian 0,88

ampere dan tegangan sebesar 13,4 volt. Dari pukul 09.30

WIB - 10.30 WIB terjadi peningkatan kapasitas baterai


259

sebesar 5%, pukul 10.30 WIB – 11.30 WIB terjadi

peningkatan sebesar 5%. Pada pukul 11.30 WIB sampai

pukul 10.45 WIB pada hari berikutnya terjadi peningkatan

kapasitas baterai berturut turut sebesar 6%, 5%, 6%, 5%

dan 2% dengan kapasitas terisi penuh sebesar 100% dan

tegangan sebesar 12 volt.

Tabel 11 Pengujian Pengisian Baterai dengan Beban

No Tanggal Jam Tegang

an

Kapasi

tas

1 20 Maret 2019 10.00 8,0 66 %

2 20 Maret 2019 11.00 8,8 72 %

3 20 Maret 2019 11.30 9,6 79 %

4 21 Maret 2019 12.30 10,3 86 %

5 21 Maret 2019 8.30 11,2 93 %

6 21 Maret 2019 9.30 12 100 %

Hasil dari pengujian lama pengisian baterai dengan

beban lampu led 2 x 3 watt dengan arus pengisian 1,12

ampere serta tegangan 13,4 volt didapatkan waktu

pengisian 5 jam. Dari pukul 10.00 WIB – 11.00 WIB

terjadi peningkatan kapasitas baterai sebesar 6%, pukul

11.00 WIB – 12.00 WIB terjadi peningkatan sebesar 7%.

Pada pukul 12.00 WIB sampai pukul 9.30 WIB pada hari

berikutnya terjadi peningkatan kapasitas baterai berturut

turut sebesar 7%, 7%, dan 7% dengan kapasitas terisi

penuh sebesar 100% dan tegangan sebesar 12 volt.

Penutup

Simpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan yang

telah dilakukan yaitu Perencanaan dan Implementasi

Prototype Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro dapat

diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Langkah-langkah pembuatan prototipe Pembangkit

Listrik Tenaga Mikro Hidro yaitu dengan membuat

bilah turbin air seperti pada penelitian yang telah

dilakukan, turbin yang dibuat merupakan turbin jenis

crossflow yang terdiri dari jumlah sudu sebanyak 12

buah, dengan panjang 19 cm dan lebar 8 cm.

2. Membuat kerangka box yang terbuat dari besi siku dan

kayu, menghubungkan generator dan turbin air dengan

menggunakan pulley dan v-belt, merangkai dan

menghubungkan komponen panel kontrol yang terdiri

dari fuse, saklar, rangkaian buckboost converter,

baterai, voltmeter, ampermeter dan beban (lampu).

3. Kinerja dari prototipe pembangkit listrik tenaga mikro

hidro yang telah dibuat dengan debit air sebesar 0,0054

𝑚3/𝑠 didapatkan kecepatan putaran turbin 169 rpm,

dengan kecepatan putaran generator sebesar 1220 rpm.

Turbin dapat memutar generator yang sebelumnya

sudah dihubungkan menggunakan v-belt dan generator

dapat menghasilkan tegangan sebesar 18,27 volt, arus

pengisian baterai 0,83 A tanpa beban dan arus

pengisian baterai dengan beban lampu led 2x3 watt

sebesar 1,12 A.

Daftar Pustaka

Allo, Seyung Padang. 2018. “Unjuk Kerja Pembangkit

Listrik Tenaga Mikro Hidro Tipe Cross Flow

dengan variasi diameter turbin”. Jurnal Teknik

Mesin: Mataram. Universitas Mataram.

Anggono, Hudan Guntur. 2010. “Studi pembangunan

PLTM sumberan 16,4 KW di dusun sumberan

pacet mojokerto jawa timur”. Jurnal Teknik

Elektro: Surabaya. Institut Teknologi Sepuluh

November Surabaya.

Arismunandar dan Kuwahara. 2004. “Buku Pegangan

Teknik Tenaga Listrik Jilid 1”. Jakarta: PT

Pradnya Paramita.

Dirjen Listrik Kementrian ESDM. 2010. “Modul Pelatihan

Studi Kelayakan Pembangunan Mikro Hidro”.

Jakarta: IMIDAP.

Dirjen Listrik Kementrian ESDM. 2008. “Pedoman

Teknis PLTMH”. Jakarta: IMIDAP.

Firmansyah Ifhan, Mahmudsyah, dkk. 2011. “Studi

Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro

Hidro (PLTMH) Dompyong 50 kW di Desa

Dompyong, Bendungan, Trenggalek Untuk

Mewujudkan Desa Mandiri Energi (DME)”.

Jurnal Teknik Elektro: Surabaya. Institut

Teknologi Sepuluh November Surabaya.

Hunggul dan Markus. 2015. “PLTMH (Pembangkit

Listrik tenaga Mikro hidro)”. Yogyakarta: CV

Andi Offset.

Kurniawan Adhy, dkk. 2009. “Pedoman Studi Kelayakan

Sipil PLTMH”. Jakarta: IMIDAP.

Kurniawan Adhy, dkk. 2009. “Pedoman Studi Kelayakan

Mekanikal Elektrikal”. Jakarta: IMIDAP.

Mahmudin, Irawan Dwi. 2014. “Pembuatan Turbin Tipe

Cross-Flow Sebagai Pembangkit Listrik di Desa

Bumi Nabung Timur”. Jurnal Teknik: Lampung.

Universitas Muhammadiyah Metro.

Nurhuda Ahmad. 2016. “Perancangan Turbin Crossflow

Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro

Bukit Biobio”. Jurnal Teknik Mesin: Padang.

Universitas Negeri Padang.


Ridwan. 2014. “Perancangan Model Air Aliran Silang

(Cross Flow Turbine) dengan Head 2 m dan Debit

0,03 m3/s”. Jurnal Teknik: Jakarta. Universitas

Mercu Buana

Saka Aji. 2010. “Studi Perencanaan PLTMH 1x12 kW

sebagai Desa Mandiri Energi di Desa

Karangsewu, Cisewu, Garut, Jawa Barat”. Jurnal

Teknik Elektro: Surabaya. Institut Teknologi

Sepuluh November Surabaya.

Wie, David Setiawan. 2018. “Perencanaan dan

Implementasi Prototipe Pembangkit Listrik

Tenaga Mikro Hidro”. Jurnal Teknik Elektro:

Surabaya. Universitas Negeri Surabaya.

prototype pembangkit listrik tenaga mikro hidro

Documents